Od genu do białka – jak komórka odczytuje instrukcję życia?

Transkrypcja i translacja

DNA można porównać do ogromnej biblioteki zawierającej instrukcje potrzebne do budowy i funkcjonowania organizmu. Komórka nie odczytuje jednak całej biblioteki jednocześnie. Wybiera określony gen, tworzy jego roboczą kopię w postaci RNA, a następnie – jeśli gen koduje białko – wykorzystuje tę kopię do ułożenia aminokwasów we właściwej kolejności.

Droga od informacji zapisanej w DNA do białka obejmuje dwa podstawowe procesy:

• transkrypcję, podczas której informacja z DNA zostaje przepisana na RNA,
• translację, podczas której sekwencja nukleotydów mRNA zostaje przetłumaczona na sekwencję aminokwasów.

Pomiędzy nimi, szczególnie w komórkach eukariotycznych, zachodzi dojrzewanie RNA. Po translacji powstały łańcuch polipeptydowy musi natomiast prawidłowo się pofałdować, a często również zostać zmodyfikowany i skierowany do odpowiedniego miejsca w komórce.

Odczytanie genu nie jest więc pojedynczą reakcją. To wieloetapowy, precyzyjnie kontrolowany proces.

Od DNA przez RNA do białka

Podstawowy przepływ informacji genetycznej można zapisać następująco:

DNA → RNA → białko

DNA przechowuje informację. RNA pozwala ją odczytać i wykorzystać, natomiast białka wykonują wiele zadań strukturalnych, katalitycznych, transportowych oraz regulacyjnych.

Schemat ten nazywa się centralnym dogmatem biologii molekularnej. Nie oznacza on jednak, że każda informacja zapisana w DNA musi prowadzić do powstania białka.

Niektóre geny kodują funkcjonalne cząsteczki RNA, takie jak:

• rRNA,
• tRNA,
• snRNA,
• miRNA,
• lncRNA.

W ich przypadku RNA jest końcowym produktem ekspresji genu.

Istnieją też procesy przebiegające w innych kierunkach. Przykładowo odwrotna transkryptaza może przepisywać informację z RNA na DNA. Nie zachodzi natomiast przepisywanie informacji z białka z powrotem na RNA lub DNA.

Czym jest gen?

Gen jest fragmentem DNA zawierającym informację potrzebną do powstania funkcjonalnego RNA lub białka.

Gen kodujący białko obejmuje nie tylko sekwencję określającą kolejność aminokwasów. Zawiera także obszary niezbędne do kontrolowania jego odczytywania.

W uproszczeniu można wyróżnić:

• promotor – obszar umożliwiający rozpoczęcie transkrypcji,
• sekwencję transkrybowaną,
• u eukariontów eksony i introny,
• sekwencje wpływające na zakończenie transkrypcji,
• dodatkowe elementy regulatorowe zwiększające albo ograniczające aktywność genu.

Nie wszystkie elementy regulujące gen muszą znajdować się bezpośrednio obok jego sekwencji kodującej. Niektóre mogą być oddalone i oddziaływać z promotorem dzięki przestrzennej organizacji chromatyny.

Transkrypcja – przepisywanie informacji z DNA na RNA

Transkrypcja jest procesem syntezy RNA na podstawie jednej z nici DNA.

Enzymem odpowiedzialnym za dołączanie rybonukleotydów jest polimeraza RNA.

Podczas transkrypcji:

1. Rozpoznawany jest właściwy gen.
2. Fragment podwójnej helisy DNA zostaje lokalnie rozpleciony.
3. Jedna nić DNA służy jako matryca.
4. Polimeraza RNA dobiera komplementarne rybonukleotydy.
5. Powstająca cząsteczka RNA wydłuża się w kierunku 5′ → 3′.
6. Po dotarciu do odpowiedniego sygnału transkrypcja zostaje zakończona.

Polimeraza RNA nie kopiuje całego DNA. Przepisuje wybrany fragment odpowiadający konkretnemu genowi lub grupie genów.

Nić matrycowa i nić kodująca

Podczas transkrypcji tylko jedna nić DNA jest wykorzystywana jako bezpośrednia matryca.

Nić matrycowa jest odczytywana przez polimerazę RNA w kierunku:

3′ → 5′

Powstający RNA jest syntetyzowany w kierunku:

5′ → 3′

Druga nić DNA nazywana jest nicią kodującą. Jej sekwencja jest zgodna z sekwencją powstającego RNA, z wyjątkiem jednej różnicy:

• w DNA występuje tymina,
• w RNA zamiast tyminy występuje uracyl.

Przykład

Nić kodująca DNA:

5′–A T G C C T–3′

Nić matrycowa DNA:

3′–T A C G G A–5′

Powstający RNA:

5′–A U G C C U–3′

RNA jest komplementarny do nici matrycowej i niemal identyczny z nicią kodującą.

Dlaczego RNA powstaje w kierunku 5′ → 3′?

Polimeraza RNA dołącza nowy nukleotyd do wolnej grupy 3′-OH rosnącej cząsteczki RNA.

Z tego powodu:

• RNA powstaje w kierunku 5′ → 3′,
• nić matrycowa DNA jest odczytywana w kierunku 3′ → 5′.

Polimeraza RNA, w przeciwieństwie do polimerazy DNA, nie potrzebuje startera. Może rozpocząć syntezę RNA od pierwszego nukleotydu.

To ważna różnica pomiędzy transkrypcją i replikacją.

Etapy transkrypcji

Transkrypcję można podzielić na trzy główne etapy:

• inicjację,
• elongację,
• terminację.

Inicjacja

Transkrypcja rozpoczyna się w okolicy promotora.

Promotor to sekwencja DNA wskazująca:

• gdzie ma rozpocząć się transkrypcja,
• która nić DNA będzie matrycą,
• w jakim kierunku polimeraza będzie się przemieszczać.

U bakterii polimeraza RNA może rozpoznawać promotor przy udziale czynnika sigma.

U eukariontów rozpoczęcie transkrypcji jest bardziej złożone. Do promotora najpierw przyłączają się ogólne czynniki transkrypcyjne, które pomagają związać właściwą polimerazę RNA i utworzyć kompleks inicjacyjny.

DNA zostaje lokalnie rozpleciony, dzięki czemu zasady nici matrycowej stają się dostępne.

Elongacja

Polimeraza RNA przesuwa się wzdłuż nici matrycowej DNA i dołącza komplementarne rybonukleotydy.

Obowiązują zasady:

• A w DNA łączy się z U w RNA,
• T w DNA łączy się z A w RNA,
• G łączy się z C,
• C łączy się z G.

Przed polimerazą podwójna helisa DNA jest rozdzielana, natomiast za nią obie nici ponownie się łączą. Powstający RNA oddziela się od DNA i stopniowo wydłuża.

Terminacja

Po dotarciu do sekwencji sygnalizującej zakończenie transkrypcji kompleks transkrypcyjny zostaje rozmontowany.

Powstały RNA zostaje uwolniony, a DNA odzyskuje postać podwójnej helisy.

Dokładny mechanizm terminacji różni się pomiędzy bakteriami i eukariontami oraz zależy od rodzaju transkrybowanego genu.

Polimerazy RNA u eukariontów

Komórki eukariotyczne posiadają kilka polimeraz RNA o różnych zadaniach.

Najważniejsze z nich to:

• polimeraza RNA I – syntetyzuje większość rRNA,
• polimeraza RNA II – syntetyzuje pre-mRNA oraz część małych i regulatorowych RNA,
• polimeraza RNA III – syntetyzuje między innymi tRNA i 5S rRNA.

W artykułach poświęconych ekspresji genów najwięcej uwagi poświęca się zwykle polimerazie RNA II, ponieważ to ona przepisuje geny kodujące białka.

Co powstaje bezpośrednio po transkrypcji?

U eukariontów pierwszym produktem transkrypcji genu kodującego białko jest pre-mRNA.

Nie jest ono jeszcze gotowe do translacji. Zawiera zarówno eksony, jak i introny oraz wymaga dodatkowego przetworzenia.

Dojrzewanie pre-mRNA obejmuje:

1. Dołączenie czapeczki do końca 5′.
2. Usunięcie intronów i połączenie eksonów.
3. Dołączenie ogona poli(A) do końca 3′.

Dopiero po wykonaniu tych zmian powstaje dojrzały mRNA, który może zostać wytransportowany z jądra do cytoplazmy.

Czapeczka 5′

Czapeczka jest zmodyfikowanym nukleotydem dołączanym do końca 5′ powstającego RNA.

Pełni kilka funkcji:

• chroni mRNA przed degradacją,
• uczestniczy w jego eksporcie z jądra,
• pomaga rybosomowi rozpoznać mRNA,
• ułatwia rozpoczęcie translacji.

Czapeczka nie jest kodonem rozpoczynającym translację. Stanowi chemiczną modyfikację końca RNA.

Splicing – wycinanie intronów

Eukariotyczne pre-mRNA często zawiera:

• eksony, które pozostają w dojrzałym RNA,
• introny, które zostają usunięte.

Splicing przeprowadza spliceosom – duży kompleks zbudowany z białek i małych jądrowych RNA.

Podczas splicingu:

1. Rozpoznawane są granice intronu.
2. Intron zostaje wycięty.
3. Sąsiednie eksony zostają połączone.

Introny nie są zamieniane w eksony. Zostają usunięte z dojrzewającej cząsteczki RNA.

Alternatywny splicing

Nie zawsze wszystkie eksony są łączone w ten sam sposób.

W procesie alternatywnego splicingu jedno pre-mRNA może zostać złożone w kilku wariantach. Dzięki temu z jednego genu mogą powstawać różne mRNA, a następnie różne warianty białek.

Zwiększa to różnorodność produktów genów bez konieczności zwiększania liczby samych genów.

Ogon poli(A)

Na końcu 3′ większości eukariotycznych mRNA powstaje ogon poli(A), złożony z wielu nukleotydów zawierających adeninę.

Ogon poli(A):

• zwiększa trwałość mRNA,
• chroni je przed degradacją,
• uczestniczy w eksporcie z jądra,
• wpływa na efektywność translacji.

Ogon ten nie jest bezpośrednio przepisywany z długiego odcinka tymin w DNA. Jest dołączany enzymatycznie po przecięciu pre-mRNA.

Budowa dojrzałego mRNA

Dojrzały eukariotyczny mRNA zawiera kolejno:

1. Czapeczkę 5′.
2. Odcinek 5′ UTR.
3. Sekwencję kodującą.
4. Odcinek 3′ UTR.
5. Ogon poli(A).

UTR to region nieulegający translacji.

Odcinki 5′ UTR i 3′ UTR nie kodują aminokwasów, ale mogą wpływać na:

• trwałość mRNA,
• jego lokalizację,
• rozpoczęcie translacji,
• wiązanie białek regulatorowych i małych RNA.

Jak mRNA opuszcza jądro?

Dojrzały mRNA łączy się z białkami, tworząc kompleks rybonukleoproteinowy.

Komórka kontroluje, czy RNA zostało prawidłowo przetworzone. Następnie mRNA przechodzi przez kompleks poru jądrowego do cytoplazmy.

Nie każda wadliwa cząsteczka zostaje dopuszczona do translacji. Mechanizmy kontroli jakości rozpoznają część nieprawidłowo przetworzonych RNA i kierują je do degradacji.

Translacja – tłumaczenie informacji na język aminokwasów

Translacja jest procesem syntezy łańcucha polipeptydowego na podstawie informacji zapisanej w mRNA.

Uczestniczą w niej przede wszystkim:

• mRNA,
• rybosom zbudowany z rRNA i białek,
• tRNA,
• aminokwasy,
• syntetazy aminoacylo-tRNA,
• czynniki inicjacyjne, elongacyjne i terminacyjne,
• energia dostarczana między innymi przez ATP i GTP.

Podczas translacji kolejność nukleotydów w mRNA zostaje przełożona na kolejność aminokwasów w białku.

Kodon – trzy nukleotydy, jedna informacja

Rybosom odczytuje mRNA po trzy nukleotydy.

Każda trójka tworzy kodon.

Kodony mogą:

• oznaczać określony aminokwas,
• sygnalizować rozpoczęcie translacji,
• sygnalizować jej zakończenie.

Kolejność kodonów wyznacza kolejność aminokwasów w powstającym łańcuchu polipeptydowym.

Sposób podziału mRNA na kolejne trójki nazywa się ramką odczytu. Jeżeli odczytywanie rozpocznie się od niewłaściwego nukleotydu, powstaną inne kodony, a tym samym inna sekwencja aminokwasów.

Najważniejsze cechy kodu genetycznego

Kod genetyczny jest:

• trójkowy – jeden kodon składa się z trzech nukleotydów,
• jednoznaczny – dany kodon oznacza jeden określony aminokwas albo sygnał stop,
• zdegenerowany – jeden aminokwas może być kodowany przez kilka różnych kodonów,
• bezprzecinkowy – kodony są odczytywane kolejno, bez przerw,
• niezachodzący – jeden nukleotyd należy w danej ramce odczytu do jednego kodonu,
• niemal uniwersalny – u większości organizmów te same kodony mają takie samo znaczenie.

Określenie „zdegenerowany” nie oznacza wadliwy. Oznacza, że kilka kodonów może kodować ten sam aminokwas.

Istnieją wyjątki od uniwersalności kodu, na przykład w genomach mitochondrialnych i u niektórych mikroorganizmów.

Kodon start i kodony stop

Kodon AUG najczęściej pełni funkcję kodonu start.

Wyznacza:

• miejsce rozpoczęcia translacji,
• właściwą ramkę odczytu.

AUG koduje również metioninę. U bakterii pierwszym aminokwasem jest zmodyfikowana pochodna metioniny – formylometionina.

Kodony stop to:

• UAA,
• UAG,
• UGA.

Nie odpowiadają im tRNA transportujące aminokwas. Są rozpoznawane przez białkowe czynniki uwalniające.

tRNA – tłumacz pomiędzy kodonem i aminokwasem

Każda cząsteczka tRNA posiada:

• antykodon rozpoznający odpowiedni kodon mRNA,
• koniec 3′-CCA, do którego może zostać przyłączony aminokwas.

Antykodon łączy się z kodonem komplementarnie i antyrównolegle.

Przykładowo kodon mRNA:

5′–AUG–3′

może zostać rozpoznany przez antykodon:

3′–UAC–5′

tRNA dostarcza do rybosomu aminokwas odpowiadający odczytywanemu kodonowi.

Kto dobiera aminokwas do tRNA?

Aminokwas jest przyłączany do tRNA przez syntetazę aminoacylo-tRNA.

Enzym ten rozpoznaje:

• właściwy aminokwas,
• odpowiednią cząsteczkę lub grupę cząsteczek tRNA.

Proces wymaga energii ATP. Jego produktem jest aminoacylo-tRNA, czyli tRNA połączony z aminokwasem.

Rybosom sprawdza dopasowanie kodonu i antykodonu, ale nie kontroluje bezpośrednio, czy do tRNA przyłączono prawidłowy aminokwas. Dlatego swoistość syntetaz ma kluczowe znaczenie dla dokładności translacji.

Jak zbudowany jest rybosom?

Rybosom składa się z:

• małej podjednostki,
• dużej podjednostki.

Obie podjednostki zawierają rRNA i białka rybosomowe.

Mała podjednostka odpowiada przede wszystkim za:

• wiązanie mRNA,
• kontrolowanie dopasowania kodonu i antykodonu.

Duża podjednostka:

• wiąże tRNA,
• katalizuje tworzenie wiązań peptydowych,
• umożliwia przechodzenie powstającego łańcucha polipeptydowego.

Centrum peptydylotransferazowe rybosomu tworzy przede wszystkim rRNA. Rybosom jest zatem rybozymem.

Miejsca A, P i E

W rybosomie znajdują się trzy miejsca wiążące tRNA:

• miejsce A – przyjmuje tRNA niosący kolejny aminokwas,
• miejsce P – utrzymuje tRNA połączony z rosnącym łańcuchem polipeptydowym,
• miejsce E – umożliwia opuszczenie rybosomu przez tRNA pozbawiony aminokwasu.

Litery pochodzą od angielskich określeń:

• A – aminoacyl,
• P – peptidyl,
• E – exit.

Podczas elongacji tRNA przechodzą kolejno przez miejsca A, P i E.

Etapy translacji

Translację można podzielić na:

• inicjację,
• elongację,
• terminację.

Inicjacja translacji

Mała podjednostka rybosomu wiąże mRNA.

U eukariontów kompleks inicjacyjny zazwyczaj rozpoznaje czapeczkę 5′ i przesuwa się wzdłuż mRNA, poszukując kodonu AUG znajdującego się w odpowiednim otoczeniu sekwencyjnym.

Do kodonu start przyłącza się inicjatorowy tRNA niosący metioninę. Zajmuje on miejsce P.

Następnie dołącza duża podjednostka rybosomu i powstaje kompletny kompleks translacyjny.

Elongacja

Elongacja prowadzi do stopniowego wydłużania łańcucha polipeptydowego.

W każdym cyklu:

1. Do miejsca A trafia aminoacylo-tRNA.
2. Antykodon tRNA łączy się z kodonem mRNA.
3. Rybosom kontroluje poprawność dopasowania.
4. Powstaje wiązanie peptydowe.
5. Rosnący łańcuch zostaje przeniesiony na tRNA w miejscu A.
6. Rybosom przesuwa się o jeden kodon.
7. tRNA przechodzą z A do P oraz z P do E.
8. Pusty tRNA opuszcza miejsce E.

Cykl powtarza się, a polipeptyd wydłuża się od końca aminowego do końca karboksylowego.

Rybosom przemieszcza się po mRNA w kierunku:

5′ → 3′

Terminacja

Gdy kodon stop znajdzie się w miejscu A, nie przyłącza się do niego tRNA.

Kodon zostaje rozpoznany przez czynnik uwalniający. Prowadzi to do:

• uwolnienia gotowego polipeptydu,
• odłączenia tRNA,
• rozdzielenia podjednostek rybosomu,
• uwolnienia mRNA.

Powstały polipeptyd nie zawsze jest jeszcze funkcjonalnym białkiem.

Jeden mRNA może być odczytywany wielokrotnie

Do jednej cząsteczki mRNA może jednocześnie przyłączyć się wiele rybosomów.

Taki zespół nazywamy polirybosomem lub polisomem.

Każdy rybosom przesuwa się po mRNA w kierunku 5′ → 3′ i syntetyzuje osobny łańcuch polipeptydowy.

Dzięki polirybosomom komórka może szybko wytworzyć wiele kopii tego samego białka na podstawie jednej cząsteczki mRNA.

Co dzieje się z białkiem po translacji?

Uwolniony z rybosomu łańcuch polipeptydowy musi uzyskać odpowiednią strukturę przestrzenną.

Może:

• fałdować się samodzielnie,
• korzystać z pomocy białek opiekuńczych, czyli chaperonów,
• łączyć się z innymi podjednostkami,
• zostać przecięty,
• otrzymać dodatkowe grupy chemiczne,
• zostać skierowany do konkretnego przedziału komórki.

Do modyfikacji potranslacyjnych należą między innymi:

• fosforylacja,
• glikozylacja,
• acetylacja,
• metylacja,
• tworzenie mostków disiarczkowych,
• odcinanie fragmentów polipeptydu.

Nie każdy polipeptyd staje się aktywnym białkiem natychmiast po opuszczeniu rybosomu.

Rybosomy wolne i związane z siateczką śródplazmatyczną

Wszystkie rybosomy rozpoczynają translację w cytozolu.

Jeżeli powstający polipeptyd zawiera odpowiednią sekwencję sygnałową, rybosom może zostać skierowany do szorstkiej siateczki śródplazmatycznej.

Na rybosomach związanych z siateczką powstają między innymi białka:

• wydzielane poza komórkę,
• wbudowywane w błony,
• przeznaczone do układu błon wewnętrznych,
• kierowane do lizosomów.

Na wolnych rybosomach powstają głównie białka funkcjonujące w cytozolu oraz część białek transportowanych później do jądra, mitochondriów lub innych organelli.

To rodzaj powstającego białka decyduje o skierowaniu rybosomu do siateczki, a nie istnienie dwóch trwale różnych typów rybosomów.

Transkrypcja i translacja u bakterii

Bakterie nie mają jądra komórkowego. DNA znajduje się w obszarze nukleoidu, a rybosomy działają w cytozolu.

Dzięki temu translacja może rozpocząć się jeszcze przed zakończeniem transkrypcji. Rybosomy przyłączają się do powstającego mRNA, gdy jego dalsza część jest nadal syntetyzowana przez polimerazę RNA.

Procesy te są więc sprzężone przestrzennie i czasowo.

Bakteryjny mRNA:

• zwykle nie przechodzi tak rozbudowanego dojrzewania jak eukariotyczny pre-mRNA,
• może być policistronowy,
• często ma krótki czas życia.

mRNA policistronowy zawiera kilka sekwencji kodujących, dlatego może służyć do syntezy kilku różnych białek.

Transkrypcja i translacja u eukariontów

U eukariontów oba procesy są rozdzielone przez otoczkę jądrową.

W jądrze zachodzą:

• transkrypcja,
• dojrzewanie pre-mRNA,
• kontrola jakości RNA.

W cytoplazmie zachodzą:

• translacja,
• część fałdowania i modyfikacji białek.

Dojrzały mRNA musi zostać wytransportowany przez pory jądrowe, zanim zostanie wykorzystany przez rybosomy.

Rozdzielenie procesów daje komórce dodatkowe możliwości kontrolowania ekspresji genów.

Transkrypcja, translacja i replikacja – nie myl tych procesów

Proces	Matryca	Produkt	Główny cel
Replikacja	DNA	DNA	Skopiowanie materiału genetycznego
Transkrypcja	DNA	RNA	Wytworzenie cząsteczki RNA
Translacja	mRNA	Polipeptyd	Odczytanie informacji o kolejności aminokwasów

Podczas replikacji kopiowany jest cały genom przed podziałem komórki.

Podczas transkrypcji odczytywane są wybrane geny.

Podczas translacji rybosom wykorzystuje mRNA do syntezy polipeptydu.

Czy wszystkie komórki odczytują te same geny?

Większość komórek somatycznych organizmu ma zasadniczo ten sam zestaw DNA, ale nie wykorzystuje wszystkich genów jednocześnie.

Neuron, komórka mięśniowa i hepatocyt produkują inne zestawy RNA oraz białek. To właśnie różnice w ekspresji genów pozwalają komórkom o tym samym genomie pełnić odmienne funkcje.

Aktywność genu może być regulowana na wielu etapach:

• dostępności chromatyny,
• rozpoczęcia transkrypcji,
• dojrzewania RNA,
• eksportu mRNA z jądra,
• trwałości mRNA,
• rozpoczęcia translacji,
• degradacji białka.

Komórka może więc kontrolować nie tylko to, czy gen zostanie odczytany, lecz również ile produktu powstanie i jak długo będzie on działał.

Co się stanie, gdy zmieni się sekwencja DNA?

Mutacja w genie może wpłynąć na RNA, a następnie na białko. Skutek zależy jednak od rodzaju i położenia zmiany.

Mutacja może:

• nie zmienić aminokwasu dzięki zdegenerowaniu kodu,
• spowodować zastąpienie jednego aminokwasu innym,
• utworzyć przedwczesny kodon stop,
• zmienić ramkę odczytu,
• zaburzyć splicing,
• wpłynąć na promotor lub inny element regulatorowy,
• nie wywołać zauważalnego skutku.

Nie każda mutacja w DNA prowadzi więc do zmiany białka, a nie każda zmiana białka powoduje chorobę.

Od genu do białka – cały proces krok po kroku

1. Czynniki regulatorowe umożliwiają dostęp do genu.
2. Czynniki transkrypcyjne i polimeraza RNA wiążą promotor.
3. DNA zostaje lokalnie rozpleciony.
4. Polimeraza RNA odczytuje nić matrycową 3′ → 5′.
5. RNA powstaje w kierunku 5′ → 3′.
6. Transkrypcja zostaje zakończona.
7. U eukariontów pre-mRNA otrzymuje czapeczkę 5′.
8. Introny zostają usunięte, a eksony połączone.
9. Do końca 3′ dołączany jest ogon poli(A).
10. Dojrzały mRNA opuszcza jądro.
11. Mała podjednostka rybosomu wiąże mRNA.
12. Rozpoznany zostaje kodon start.
13. Dołącza inicjatorowy tRNA i duża podjednostka rybosomu.
14. Kolejne tRNA dostarczają aminokwasy.
15. rRNA katalizuje tworzenie wiązań peptydowych.
16. Rybosom przesuwa się po mRNA 5′ → 3′.
17. Kodon stop zostaje rozpoznany przez czynnik uwalniający.
18. Polipeptyd zostaje uwolniony.
19. Łańcuch fałduje się i może podlegać modyfikacjom.
20. Gotowe białko trafia do miejsca, w którym będzie pełnić swoją funkcję.

Transkrypcja i translacja w pigułce

• Ekspresja genu prowadzi do powstania funkcjonalnego RNA albo białka.
• Transkrypcja polega na syntezie RNA na podstawie DNA.
• Polimeraza RNA odczytuje nić matrycową 3′ → 5′.
• RNA powstaje w kierunku 5′ → 3′.
• RNA jest komplementarny do nici matrycowej DNA.
• Polimeraza RNA nie potrzebuje startera.
• Eukariotyczny pre-mRNA przechodzi czapeczkowanie, splicing i poliadenylację.
• Dojrzały mRNA zawiera 5′ UTR, sekwencję kodującą i 3′ UTR.
• Translacja polega na syntezie polipeptydu na podstawie mRNA.
• Rybosom odczytuje mRNA po trzy nukleotydy.
• Kodon znajduje się w mRNA, a antykodon w tRNA.
• Aminokwas do tRNA przyłącza syntetaza aminoacylo-tRNA.
• Rybosom posiada miejsca A, P i E.
• rRNA katalizuje tworzenie wiązań peptydowych.
• AUG najczęściej pełni funkcję kodonu start.
• UAA, UAG i UGA są kodonami stop.
• Kodony stop rozpoznają białkowe czynniki uwalniające.
• Rybosom porusza się po mRNA w kierunku 5′ → 3′.
• Polipeptyd powstaje od końca aminowego do karboksylowego.
• U bakterii transkrypcja i translacja mogą zachodzić jednocześnie.
• U eukariontów transkrypcja zachodzi w jądrze, a translacja w cytoplazmie.

Sprawdź, czy rozumiesz

1. Czym różnią się transkrypcja i translacja?
2. Co oznacza ekspresja genu?
3. Czym różnią się nić matrycowa i nić kodująca DNA?
4. W jakim kierunku polimeraza RNA odczytuje DNA, a w jakim syntetyzuje RNA?
5. Dlaczego polimeraza RNA nie potrzebuje startera?
6. Jaką funkcję pełni promotor?
7. Jakie są trzy główne etapy transkrypcji?
8. Jakie zmiany zachodzą podczas dojrzewania eukariotycznego pre-mRNA?
9. Na czym polega alternatywny splicing?
10. Jakie funkcje pełnią czapeczka 5′ i ogon poli(A)?
11. Czym są odcinki 5′ UTR i 3′ UTR?
12. Co oznacza, że kod genetyczny jest trójkowy, zdegenerowany i jednoznaczny?
13. Jaką funkcję pełni kodon start?
14. Dlaczego kodon stop nie jest rozpoznawany przez tRNA?
15. Czym różnią się kodon i antykodon?
16. Jaki enzym przyłącza aminokwas do tRNA?
17. Jakie funkcje pełnią miejsca A, P i E rybosomu?
18. Dlaczego rybosom można nazwać rybozymem?
19. W jakim kierunku rybosom przesuwa się po mRNA?
20. Czym jest polirybosom?
21. Dlaczego transkrypcja i translacja mogą zachodzić jednocześnie u bakterii, ale nie w jądrze komórki eukariotycznej?
22. Dlaczego mutacja w DNA nie zawsze powoduje zmianę sekwencji białka?

Co dalej?

Powstanie białka nie kończy procesu ekspresji genu. Komórka musi jeszcze kontrolować, kiedy dany gen zostanie uruchomiony, ile mRNA powstanie, jak długo cząsteczka będzie wykorzystywana i kiedy białko zostanie usunięte.

W kolejnym artykule przyjrzymy się regulacji ekspresji genów i zobaczymy, jak komórki o takim samym DNA mogą wytwarzać zupełnie różne zestawy białek.